Réacteurs Structurés Intensifiés pour des procédés Intrinsèquement Sûrs. – IRSIS

Afin de développer de manière soutenables leurs capacités industrielles, les pays européens doivent investir dans de nouvelles méthodes et outils de production. Une rupture technologique dans les procédés de production chimique peut être apportée par l'utilisation du concept d'Intensification des Procédés (IP). Dans de nombreux procédés catalytiques, le réacteur est le plus souvent l'opération unitaire limitant la productivité en raison de la présence de processus physiques peu efficaces tels que les transferts de matière et de chaleur qui limitent la réactivité chimique intrinsèque. De plus, ces limitations peuvent aussi impacter fortement la distribution des espèces et donc générer des couts de séparation et/ou de traitements aval. Dans un autre registre, les réactions d’oxydations conduites avec le dioxygène sont le plus souvent opérées à faibles teneur en O2 afin de maintenir un niveau de risque faible d'explosion du mélange oxygène/hydrocarbure et/ou d'emballement du réacteur. En conséquence, les technologies de réacteurs employées pour les procédés gaz-liquide ou gaz-solidecatalytique doivent être renouvelées afin d'abaisser les couts d'investissements mais aussi augmenter la compacité des unités et surtout leur sécurité. Récemment, les structure de type mousses à cellule ouverte ("Open Cell Foams" ou OCF) sont apparues comme une alternative possible pour apporter de telles solutions. Ces matériaux sont disponibles commercialement en grande quantités et avec une grande diversité de dimensions et de matière. Les OCF sont des matériaux à forte porosité (de 60 à 97 %), de type monolithique présentant une structure continue cosntituée d'un réseau croisé de fils, conduisant à une structure peu régulière. Les propriétés de ces structures conduisent à une réduction importante des pertes de charges, combinée à de hautes aires d'interfaces. Les écoulements de fluides dans ces structures se déroulent dans toutes les directions, ce qui conduit à de bons mélanges radiaux. D'excellentes capacités aux processus de transfert de matière et de chaleur sont donc attendus.

Le projet IRSIS poursuit deux objectifs principaux. Tout d'abord, la caractérisation des performances du transfert thermique en écoulement gaz-liquide. Ensuite, l'évaluation de l'utilisation de ces mousses solides pour y conduire des réactions d’oxydation gaz-solide et gaz-liquide exigeantes et présentant des mélanges potentiellement explosifs. La réaction cible, l’oxydation des aldéhydes dans les acides correspondants, est aussi d’intérêt industriel. Ce choix a été aussi dicté par le fait que cette réaction est fortement exothermique (-250 kJ.mol-1), qu'elle présente des problèmes de sélectivité, et que le mélange aldéhyde/O2 peut être potentiellement explosif. Enfin, cette réaction peut être réalisée sans catalyseur solide ce qui simplifie le travail expérimental.

Pour réaliser ce projet, une équipe de deux équipes de recherche, LGPC (UMR5285 CNRS-CPE Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1) and ICARE (UPR 3021 CNRS, Orléans) a été constituée avec l'ambition d'étudier des réacteurs gaz-solide et gaz-liquide de technologie avancée telle de les OCF. Les objectifs sont à la fois d'étendre le champs de connaissances fondamentales sur ces structures OCF employées comme réacteurs, mais aussi montrer et proposer une solution générique pour opérer des procédés de productions tels que des oxydations en présence de mélanges hydrocarbures/O2 potentiellement explosifs. La dissémination et l'exploitation des résultats démontrant le concept d'Intensification de Procédés sera assurée à la fois vers le grand public (fête de la Science) mais aussi vers l'enseignement supérieur à l'aide d'un kit de démonstration utilisable lors de travaux pratiques. Le programme de travail est divisé en 6 taches.